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Verfahren zum Herstellen von überzogenem Papier mit großer Oberflåchenfestigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von überzogenem Papier mit großer
Oberflächenfestigkeit unter Verwendung eines Papiers, das eine synthetische polyolefinisehe
Pulpe in geeigneter Menge als Substrat enthält.
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Bisher wurden zur Papierherstellung Materialien verwendet, die eine
feine faserförmige Struktur , ähnlich wie Holzpulpe aufwiesen und die hauptsächlich
aus kristallinen Polyolefinen, wie linearem Polyäthylen, isotaktisqhem Polypropylen'und
dergleichen bestanden und allgemein synthetische Pulpen genannt werden. Diese synthetischen
Pulpen können nicht nur mit Holzpulpen in beliebigem Verhältnis gemischt werden
und die Mischung zu Papier verarbeitet werden, sondern es lassen sich auch synthetische
Pulpen, die sogar allein zu Papier verarbeitet werden, in einfacher Weise gewinnen.
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Synthetische polyolefinische Pulpen weisen jedoch bei dem herkömmlichen
Papierherstellungsverfahren, selbst wenn ihr äußeres Aussehen ähnlich wie dasjenige
von Holzpulpen ist, nur ahnliche Eigenschaften wie Holzpulpen auf. Falls die den
Olefinen zu eigenen chemischen inerten Eigenschaften nicht modifiziert werden, haften
die synthetischen polyolefinischen Pulpen nicht selbst aufgrund einer polaren Gruppe
aneinander, wie dies bei der natürlichen Cellulosepulpe, z.B. bei Holzpulpe, der
Fall ist. Auch durch Anwendung der üblichen Klebstoffe bei verschiedenen Verfahrensstufen
des herkömmlichen Papierherstellungsverfahrens wird kaum die gewünschte Wirkung
erzielt. Aus diesem Grund wird die Festigkeit eines eine synthetische polyolefinische
Pulpe enthaltenden Papiers, insbesondere die Zugfestigkeit, Bürstenfestigkeit, Faltbeständigkeit
und Oberflächenfestigkeit, die auf die Haftfähigkeit zwischen den Fasern zurückzuführen
sind, je nach dem Gehalt an synthetischer polyolefinischer Pulpe stark verringert.
Aus diesem Grund kann die. synthetische Pulpe für die meisten herkömmlichen Papierherstellungsverfahren
nicht verwendet werden.
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Um die Festigkeit eines eine synthetische polyolefinische Pulpe enthaltenden
Papiers zu verbessern, wurde be reits versuc- ht, die Haftfestigkeit zwischen den
Fasern zu erhöhen, indem man die Fähigkeit zum Erzeugen von Schmelzbindungen von
Polyolefinen unter dem Einfluß von Wärme nutz te. Bei diesem Verfahren wurde das
Papier in der letzten Stufe des TrockenverIahrens der Papierherstellung etwa auf
den Schmelzpunkt des Polyolefins erhitzt oder es wurde das nach herkömmlichem Papierherstellungsverfahren
erhaltene Papier durch eine heiße Kalanderwalze etwa auf den Schmelzpunkt des Polyolefins
erhitzt. Gemåß diesen Verfahrens verliert jedoch die synthetische Pulpe die feine
faserförmige
Struktur und wandelt, sich in äne grobe Masse oder
einen kontinuierlichen Film um. Das so erhaltene Papier wird daher durchsichtig
und wasserabstoßend und nimmt die Eigenschaften eines harzimprägnierten Papiers
an. Das auf diese Weise erhaltene Papier weist dann an der Oberfläche die chemisch
inerten Eigenschaften des Polyolefins auf, so daß die - nachfolgenden Bearbeitungsstufen,
wie Drucken, Binden Überziehen und dergleichen sehr schwierig sind.
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Es wurde nun gefunden, daß man überzogene Papiere herstellen kann,
die die Vorteile des Polyolefins, aber nicht dessen Nachteile aufweisen,-wenn man
ein eine synthetische polyolefinische Pulpe enthaltendes Papier als Substrat für
überzogenes Papier, wie tonüberzogenes Papier, verwendet.
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Dies--wird erreicht, indem-die oben beschriebene Wärmebehandlung des
Papiers nicht im Anschluß an die Papierherstellung, sondern nach dem Herstellen
des ueberzugs erfolgt.-Dabei treten keine Schwierigkeiten beim Herstellen des Überzugs
auf und die Haftfähigkeit zwischen dem Substrat und der-0berzugsschicht als auch
die Haftfähigkeit zwischen den Fasern in dem Substrat werden verbessert. Insbesondere
wenn der Gehalt an Polyolefin in Form einer synthetischen polyolefinischen Pulpe
35 Gew.% übersteigt, erhält man- ein überzogenes Papier mit äußerst großer Oberflächenfestigkeit,
welche bei einem in herkömmlicher Weise überzogenen Papier, das aus einem aus Holzpulpe
allein bestehenden Substrat besteht, nicht erzielt werden kann.
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Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zum Herstel en eines überzogenen
Papiers, bei welchem von einem Papier mit einem Gehalt von wenigstens 35 Gew.% Polyolefin
in Form eine synthetischen polyolefinischen Pulpe ausgegangen wird, das auf einer
oder beiden Seiten mit-einem Überzug aus einem Gemisch von Pulver und Klebstoff
versehen ist unddas dadurch gekennzeichnet ist, daß man bei den Verfahrenastufen
der -
Papierherstellung und Herstellung eines Überzugs das Papier
bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Polyolefins trocknet und das so
überzogene Papier bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Polyolefins schmelzbindet.
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Der Grund für die Tatsache, daß das erfindungsgemäß hergestellte
Papier eine äußerst große Oberflächenfestigkeit hat, ist/foYgendes zurückzuführen:
Ein Papier mit einem großen Gehalt an synthetischer polyolefinischer Pulp weist
eine sehr große Bauschigkeit zur F ussigkeltsabsorption auf. Die auf dieses Substrat
aufgebrachte Überzugsschicht ist also sehr fest verankert. Die Wärmebehandlung und
die Verankerung wirken synergistisch und bewirken eine beträchtliche Verbesserung
der Haftfähigkeit zwischen dem Substrat und der Überzugsschicht.
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Andere Eigenschaften des erfindungsgemäß hergestell ten überzogenen
Papiers beruhen auf der Tatsache, daß das Papier die vorteilhaften Eigenschaften
des Polyolefins, z.B. große Feuchtigkeitsfestigkeit des Substrats, ausgezeichnete
Dimensionsstabilität gegenüber Wasser oder Feuch tigkeit, Wärmeverfonlbarkeit und
Wärmeversiegelbarkeit in der Wärme der nicht überzogenen Oberfläche im Fall von
ein seitig überzogenem Papier aufweist.
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Das überzogene Papier gemäß der Erfindung läßt sich vielseitig verwenden,
z.B. als Druckpapier mit einer Überzugsschicht von Ton etc., photographisches Grundpapier
mit einer Überzugsschicht von Bariumsulfat, Dekorationspapier mit einer Überzugsschicht
aus gefärbten Pigmenten, elektrostatisches Kopierpapier mit einer Überzugsschicht
aus Zinnoxid, magnetisches Aufzeichnungspapier mit einer Uberzugsschieht aus Eisenoxid,
Zeichenpapier mit einer Überzugsschicht aus Siliciumdioxid.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete polyolefinische
Pulpe besteht aus thermoplastischen Harzen, die hauptsächlich aus kristallinen Polyolefinen,
wie z.B.
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lineares Polyäthylen oder--isotaktisches Polyäthylen bestehen, die
in feiner faserförmiger Struktur in ähnlicher Weise, wie dies bei Holzbrei der Fall
ist, nach irgendeinem beliebigen Verfahren hergestilt werden, und die allein oder
in Mischung mit Holzpulpe zu einem Papier in bekannter Weise verarbeitet werden
können. Beispiele für derartige Verfahren zum Herstellen von hauptsächlich aus kristallinem,
Polyolefin bestehenden thermoplastischen Harzenin feiner faserförmiger Struktur
sind folgende: Nichtaxiales Strecken eine Polyolefinfilms und anschließendes Schneiden
des Films in geeignete Länge und Schlagen des geschnittenen Films zu, einer Pulpe;
Schmelzmischen von Polyolefin mit einem mit Polyolefin nicht verträglichen thermoplastischen
Harz, Strangpressen des Gemisches aus Düsen, Strecken der stranggepreßten Produkte,
Schneiden der Produkte in geeignete Länge und anschließendes Schlagen zu einer Pulpe;
Auflösen von Polyolefin in einem geeigneten Lösungsmittel bei hoher Temperatur und
hohem Druck, Ausspritzen der Lösung aus einer Öffnung unter normalem Druck unter
Bildung, eines faserförmigen Produktes mit netzförmiger Struktur, Schneiden des
faserfbrmigen Produktes-in geeignete Länge und Schlagen zu einer-Pulpe; Überführen
des Polyolefins in feine faserförmige-Struktur durch Ausübung einer Scherkraft auf
die Polymerisationslösung des Olefinmonomeren. Die erfindungsgemäß verwendete synthetische
polyolefinische Pulpe muß jedoch nicht unbedingt nach einem der oben genannten Verfahren
hergestellt werden, sondern es können beliebige synthetische polyoleCinische Pulpen
allein oder-im Gemisch mit Holzpulpe in beliebigem Verhältnis zu einem Papier in
an sich bekannter Weise verarbeitet werden.
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Dfe Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert.
Alle Teilangaben beziehen sich auf das Gewicht.
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Beispiele 1 bis 4 90 Gewichtsteile hochdichtes Polyäthylen mit einem
spezifischen Gewicht von 0,95 und einem Schmelzpunkt von etwa 11 0C wurde bei erhöhter
Temperatur unter hohem Druck in Methylenchlorid aufgelöst. In der so erhaltenen
Lösung wurde eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt von 10 Teilen Polyvinylalkohol
emulsionsdispergiert. Die erhaltene Dispersion wurde aus einer Öffnung mit 3 mm
Durchmesser ausgespritzt, Das so erhaltene vernetzte faserförmige Produkt wurde
zu einer Länge von etwa 5 mm geschnitten und die erhaltenen Stücke wurden in Wasser
zu einem pulpeartigen Material mit einer kanadischen Freiheit von 400 ml geschlagen.
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30 Teile tIBKP und 40 Teile LBKP wurden zu einer kanadischen Freiheit
von 300 ml vermischt und geschlagen. Die so erhaltene Holzpulpe wurde in geeigneter
Weise zu dem pulpenartigen Material zugegeben wobei Grundstoffe illit einer Konsistenz
von 0,5 % erhalten wurde. Diese Grundstoffe wurden in einer Fourdrinier-Papiermaschine
zu Papier mit 70 g/m2 Gewicht und den in Tabelle 1 aufgeführten Polyolen fingehalten
verarbeitet. Die Oberflächentemperatur der Mehrfachtrockner betrug 110°C.
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Dann wurde ein wäßriges Überzugsmaterial aus 90 Teilen Ton, 10 Teilen
Satinweiß, 10 Teilen Casein und 10 Teilen Acrylester-ldischpolymerem mit einer Konzentration
von 40% auf beide Seiten dieser Papiere in einer Menge von jeweils 21 g/m2, bezogen
auf die Festsubstanzen, aufgebracht.
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In diesen Fälle betrug die Heißlufttemperatur in einem Bogentrockner
ebenfalls 110 0C. Diese überzogenen Papiere wurden zwischen den beiden Berührungspunkten
einer Eeißkalanderwalze, bestehend aus einer Kombination einer innenbeheizten, abgeschreckten
Walze und einer wärmebeständigen Kautschukwalze, hindurchgeleitet und die überzogenen
Papiere so wärmebehandelt. In diesen Fällen betrug die Oberflächentemperatur der
abgekühlten Walze 147°C und der Berührungsdruck 30 kg/cm. Zum Schluß werden die
so behandelten überzogenen Papiere durch eine Superkalanderwalze unter üblichen
Bedingungen der endgültigen Oberflächenbehandlung hindurchgeleitet.
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Die oben genannten Stufen wurden der Reihenfolge nach~ bei der Papierherstellung,
dem Überziehen, der Wärmebehandlung und der Oberflächenbehandlung ausgeführt. Wie
sich, aus Tabelle 1 ergibt, erhöhte sich die Oberflächenfestigkeit mit zunehmendem
Gehalt an synthetischer polyolefinischer Pulpe in dem Substrat.
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Tabelle 1
| Beispiel Gehalt an Poly- Undurchsichtigkeit, Zugfestigkeit,
Oberflächenfestig- |
| olefin in dem % kg/15 mm keit, cm/sec. |
| Substrat, Gew.% Trocken Naß |
| 1 36 93,9 4,7 1,0 48 |
| 2 54 93,2 4,3 2,0 66 |
| 3 72 89,5 3,5 2,2 126 |
| 4 90 88,9 3,2 2,8 über 210 |
Bemerkung: In der obigen Tabelle beziehen sich die Festigkeiten alle auf die Werte
in der Maschinenrichtung der Papierherstellung. Die Naßfestigkeit wurde bei einer
in Wasser von 20°C 2 Stunden lang eingetauchten Probe bestimmt.
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Die Oberflächenfestigkeit entspricht der Druckgeschwindigkeit, bei
welcher ein Brechen der Oberfläche in dem IGT Druckfähigkeitsapparat unter Verwendung
von IPI Ink tack No. 7) auftrat. Die obigen Bemerkugen hinsichtlich der Festigkeit
gelten auch für die folgenden Tabellen.
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Falls 30 Teile des Tons in der Überzugsmasse gemäß Beispiel 4 durch
Titandioxid ersetzt werden, beträgt die Undurchsichtigkeit mehr als 98%.
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Vergleichsbeispiele 1 bis 4 Die-Beispiele 1 bis 4 wurden wiederholt,
wobei jedoch die Reihenfolge der Verfahrensstufen in Papiere herstellung, Wärmebehandlung,
Überziehen und Oberflächenbehandlung geändert-wurden. Wie sich aus der Tabelle 2
ergibt, war die Oberflächenfestigkeit des eine -synthetische polyolefinische Pulpe
enthaltenden überzogenen Papiers Null. In diesem Fall traten praktisch keine Beschädigungen
in dem Substrat auf, sondern-es wurde nur die Überzugsschicht vollständig abgeschält.
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Tabelle 2
| Vergleichs- Gehalt an Poly- Undurchsichtigkeit, % Zugfestigkeit,
Oberflächen- |
| beispiel olefin in dem kg/15 mm festigkeit, cm/sec. |
| Substrat, Gew.% trocken naß |
| 1 36 93,2 4,7 1,0 0 |
| 2 54 90,0 3,9 2,0 0 |
| 3 72 86,1 3,2 2,5 0 |
| 4 90 82,9 3,2 3,0 0 |
beispiele 5 bis 8 Die Beispiele 1 bis 4 wurden alxederholt, wobei
jedoch die Reihenfolge der Verfahrensstufen in Papierherstellung, Überziehen, Oberflächenbehandlung
und Wärmebehandlung geänder wurden.
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Wie sich aus der folgenden Tabelle 3 ergibt, erhöhte sich die Oberflächenfestigkeit
merklich mit zunehmendem Gehalt an synthetischer polyolefinischer Pulpe. Der Grad
der Erhöhung der Festigkeit war größer als bei den Beispielen 1 bis 4.
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Tabelle 3
| Beispiel Gehalt an Polyole- Undurchsichtig- Zugestigkeit, kg/15
mm Oberflächenfestig- |
| fin in dem Substrat, keit, % keit, cm/sec. |
| Gew, % trocken naß |
| 5 36 93,1 5,4 1,5 57 |
| 6 54 90,9 4,1 1,9 110 |
| 7 72 88,8 3,5 2,2 164 |
| 8 90 88,7 3,2 3,1 über 210 |
Vergleichsbeispiele 5 bis 9 Die Beispiele 5 bis 8 wurden wiederholt,
wobei jedoch die Wärmebehandlung entfiel. -Die Ergebnisse sind in der folgenden
Tabelle 4 aufgeführt. Die Oberflächenfestigkeit des die synthetische polyolefinische
Pulpe enthaltenden überzogenen Papiers betrug Null. In diesem Fall war die Oberflächenfestigkeit
von 0 auf die Beschädigung des Substrats als solches zurückzuführen.
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Als Klemittel können die üblicherweise bei der Herstellung von überzogenem
Papier verwendeten Klebmittel angewendet werden.
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Tabelle 4
| Vergleichsbeispiele Gehalt an Poly- Undurchsichtig- Zugfestig-
Oberflächen- |
| olefin in dem keit, % keit, festigkeit, |
| Substrat, Gew.% kg/15 mm cm/sec. |
| trocken naß |
| 5 36 97,1 4,1 0 0 |
| 6 54 97,6 2,5 0 0 |
| 7 72 97,6 2,1 0 0 |
| 8 90 97,9 2,0 0 0 |
| 9 0 95,1 7,2 0,3 45 |